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Fixed the definition of edge density in Chapter 3.1.
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index e36ce9d09439c720cab61ed1d86267ad54325713..d4bf95284cb8546ded9c9ba0eda197f475c1cdc5 100644 (file)
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+++ b/mst.tex
@@ -45,7 +45,8 @@ In the next 50 years, several significantly faster algorithms were discovered, r
 from the $\O(m\timesbeta(m,n))$ time algorithm by Fredman and Tarjan \cite{ft:fibonacci},
 over algorithms with inverse-Ackermann type complexity by Chazelle \cite{chazelle:ackermann}
 and Pettie \cite{pettie:ackermann}, to an~algorithm by Pettie \cite{pettie:optimal}
-whose time complexity is provably optimal.
+whose time complexity is provably optimal. Frequently, the most important ingredients
+were advances in data structures used to represent the graph.
 
 In the upcoming chapters, we will explore this colorful universe of MST algorithms.
 We will meet the canonical works of the classics, the clever ideas of their successors,
@@ -147,7 +148,7 @@ Let us consider an edge $f\in T'\setminus T^*$. We want to show that $f$ is not
 $T^*$-light, i.e., that it is heavier than all edges on $T^*[f]$. The path $T^*[f]$ is
 either identical to the original path $T[f]$ (if $e\not\in T[f]$) or to $T[f] \symdiff C$,
 where $C$ is the cycle $T[e']+e'$. The former case is trivial, in the latter we have
-$w(f)\ge w(e')$ due to the choice of $e'$ and all other edges on~$C$ are lighter
+$w(f)\ge w(e')$ due to the choice of~$e'$ and all other edges on~$C$ are lighter
 than~$e'$ as $e'$ was not $T$-light.
 \qed
 
@@ -183,6 +184,7 @@ edge exchanges going from $T_1$ to $T_2$. As all edge weights all distinct,
 these edge exchanges must be in fact strictly increasing. On the other hand,
 we know that $w(T_1)=w(T_2)$, so the exchange sequence must be empty and indeed
 $T_1$ and $T_2$ must be identical.
+\looseness=1  %%HACK%%
 \qed
 
 \nota\id{mstnota}%
@@ -326,8 +328,8 @@ and $V\setminus M$ contains no blue edges, therefore we can use the Blue rule.
 
 \nota\id{deltanota}%
 We will use $\delta(M)$ to denote the cut separating~$M$ from its complement.
-That is, $\delta(M) = E \cap (M \times (V\setminus M))$. We will also abbreviate
-$\delta(\{v\})$ as~$\delta(v)$.
+That is, $\delta(M) = \{ uv \in E \mid u\in M, v\not\in M \}$.
+We will also abbreviate $\delta(\{v\})$ as~$\delta(v)$.
 
 \thmn{Red-Blue correctness}%
 For any selection of rules, the Red-Blue procedure stops and the blue edges form
@@ -371,7 +373,7 @@ edge of those having exactly one endpoint in the tree (we will call such edges
 the \df{neighboring edges} of the tree). We add all such edges to the forest and
 proceed with the next iteration.
 
-\algn{Bor\o{u}vka \cite{boruvka:ojistem}, Choquet \cite{choquet:mst}, Sollin \cite{sollin:mst}, and others}
+\algn{Bor\o{u}vka \cite{boruvka:ojistem}, Choquet \cite{choquet:mst}, Florek et al.~\cite{florek:liaison}, Sollin \cite{sollin:mst}}
 \algo
 \algin A~graph~$G$ with an edge comparison oracle.
 \:$T\=$ a forest consisting of vertices of~$G$ and no edges.
@@ -404,13 +406,13 @@ application of the Blue rule. We stop when the blue subgraph is connected, so
 we do not need the Red rule to explicitly exclude edges.
 
 It remains to show that adding the edges simultaneously does not
-produce a cycle. Consider the first iteration of the algorithm where $T$ contains a~cycle~$C$. Without
+produce a~cycle. Consider the first iteration of the algorithm where $T$ contains a~cycle~$C$. Without
 loss of generality we can assume that:
 $$C=T_1[u_1,v_1]\,v_1u_2\,T_2[u_2,v_2]\,v_2u_3\,T_3[u_3,v_3]\, \ldots \,T_k[u_k,v_k]\,v_ku_1.$$
 Each component $T_i$ has chosen its lightest incident edge~$e_i$ as either the edge $v_iu_{i+1}$
 or $v_{i-1}u_i$ (indexing cyclically). Suppose that $e_1=v_1u_2$ (otherwise we reverse the orientation
 of the cycle). Then $e_2=v_2u_3$ and $w(e_2)<w(e_1)$ and we can continue in the same way,
-getting $w(e_1)>w(e_2)>\ldots>w(e_k)>w(e_1)$, which is a contradiction.
+getting $w(e_1)>w(e_2)>\ldots>w(e_k)>w(e_1)$, which is a~contradiction.
 (Note that distinctness of edge weights was crucial here.)
 \qed
 
@@ -480,7 +482,7 @@ From this, we can conclude:
 The Jarn\'\i{}k's algorithm computes the MST of a~given graph in time $\O(m\log n)$.
 
 \rem
-We will show several faster implementations in section \ref{iteralg}.
+We will show several faster implementations in Section \ref{iteralg}.
 
 \paran{Kruskal's algorithm}%
 The last of the three classical algorithms processes the edges of the
@@ -529,7 +531,7 @@ to add an~edge~$uv$, we first call $\<Find>(u,v)$ to check if both endpoints of
 the same component. If they do not, addition of this edge connects both components into one,
 so we perform $\<Union>(u,v)$ to merge the equivalence classes.
 
-Tarjan has shown that there is a~data structure for the DSU problem
+Tarjan \cite{tarjan:setunion} has shown that there is a~data structure for the DSU problem
 of surprising efficiency:
 
 \thmn{Disjoint Set Union, Tarjan \cite{tarjan:setunion}}\id{dfu}%
@@ -537,12 +539,9 @@ Starting with a~trivial equivalence with single-element classes, a~sequence of o
 comprising of $n$~\<Union>s intermixed with $m\ge n$~\<Find>s can be processed in time
 $\O(m\timesalpha(m,n))$, where $\alpha(m,n)$ is a~certain inverse of the Ackermann's function
 (see Definition \ref{ackerinv}).
-
-\proof
-See \cite{tarjan:setunion}.
 \qed
 
-This completes the following theorem:
+Using this data structure, we get the following bound:
 
 \thm\id{kruskal}%
 The Kruskal's algorithm finds the MST of a given graph in time $\O(m\log n)$.
@@ -655,7 +654,7 @@ in all iterations is $\O(\sum_i n_i^2) = \O(\sum_i n^2/4^i) = \O(n^2)$.
 
 On planar graphs, the algorithm runs much faster:
 
-\thmn{Contractive Bor\o{u}vka on planar graphs}\id{planarbor}%
+\thmn{Contractive Bor\o{u}vka's algorithm on planar graphs, Cheriton and Tarjan \cite{cheriton:mst}}\id{planarbor}%
 When the input graph is planar, the Contractive Bor\o{u}vka's algorithm runs in
 time $\O(n)$.
 
@@ -686,7 +685,7 @@ algorithms as well. The following lemma shows the gist:
 \lemman{Contraction of MST edges}\id{contlemma}%
 Let $G$ be a weighted graph, $e$~an arbitrary edge of~$\mst(G)$, $G/e$ the multigraph
 produced by contracting~$e$ in~$G$, and $\pi$ the bijection between edges of~$G-e$ and
-their counterparts in~$G/e$. Then: $$\mst(G) = \pi^{-1}[\mst(G/e)] + e.$$
+their counterparts in~$G/e$. Then $\mst(G) = \pi^{-1}[\mst(G/e)] + e.$
 
 \proof
 % We seem not to need this lemma for multigraphs...
@@ -740,7 +739,7 @@ have arbitrary weights that are heavier than the edges of all the distractors.
 \figure{hedgehog.eps}{\epsfxsize}{A~hedgehog $H_{5,2}$ (quills bent to fit in the picture)}
 
 \lemma
-A~single iteration of the contractive algorithm reduces~$H_{a,k}$ to a graph isomorphic with $H_{a,k-1}$.
+A~single iteration of the contractive algorithm reduces~$H_{a,k}$ to a~graph isomorphic with $H_{a,k-1}$.
 
 \proof
 Each vertex is incident with an edge of some distractor, so the algorithm does not select